sistemi elettronici - polito

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SisElnTA1 020422 © 2002 DDC 1 Page 1 020422 - 1 SisElnTA1 - © 2002 DDC SISTEMI ELETTRONICI A - INTRODUZIONE A.1 - Scomposizione funzionale – obiettivi – organizzazione e struttura del modulo – livelli di descrizione Ingegneria dell’Informazione 020422 - 2 SisElnTA1 - © 2002 DDC Sistemi Elettronici Lezione 1 • Docenti – Vincenzo Pozzolo – Dante Del Corso – Pierluigi Civera – Politecnico di Torino Dipartimento di Elettronica

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SISTEMI ELETTRONICI

A - INTRODUZIONEA.1 - Scomposizione funzionale

– obiettivi– organizzazione e

struttura del modulo– livelli di descrizione

Ingegneria dell’Informazione

020422 - 2 SisElnTA1 - © 2002 DDC

Sistemi Elettronici

• Lezione 1

• Docenti– Vincenzo Pozzolo– Dante Del Corso– Pierluigi Civera

– Politecnico di TorinoDipartimento di Elettronica

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Corsi di Elettronica di base

Matematica, informatica,elettrotecnica, fisica,

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Corsi di Elettronica di base

Concetti base e metodologie,funzioni dei moduli,segnali e interfacciamento

SISTEMIELETTRONICI

Matematica, informatica,elettrotecnica, fisica,

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ELETTRONICHESPECIALISTICHE

ELETTRONICHESPECIALISTICHE

Corsi di Elettronica di base

Concetti base e metodologie,funzioni dei moduli,segnali e interfacciamento

Struttura interna dei moduli,modelli,componenti,tecnologie

SISTEMIELETTRONICI

ELETTRONICHESPECIALISTICHE

Matematica, informatica,elettrotecnica, fisica,

COMPONENTI ETECNOLOGIE

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Corso “Sistemi Elettronici”

SISTEMAAPPLICAZIONE

STRUTTURA

COMPONENTI

TECNOLOGIA

MODULOFUNZIONE

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Struttura di questo corso

A introduzione

B moduli analogici

C amplificatori operazionali

D moduli digitali

E sistemi elettronici numerici

F stili di progetto

30 lezioni video

esercitazioni,laboratori

18 ore

Homework

~ 90 ore

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Lezioni video

• Corso sperimentato presso ilPolitecnico di Torino nell’AA 2001-2002

• Soluzione provvisoria per il corso teledidattico:– Riutilizzo parziale di corsi video esistenti:

“Elettronica I” e “Elettronica II”» ripetizioni, ridondanze, …

– Lezioni o altro materiale di inquadramento eraccordo

– Materiale per autoistruzione: sito WEB

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Contenuto di questa lezione (A1)

• Quali obiettivi ha questo corso

• Come è organizzato

• Test prerequisiti

• Perché si inizia dai sistemi

• Un esempio di sistema complesso

• Scomposizione funzionale,

• I livelli di descrizione

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Materiale didattico - 1

• testo di riferimento:R.C. Jaeger: MICROELETTRONICAMcGraw Hill (IT) 1998

• altri testi adeguati:– J. Millman, A. Grabel: Microelectronics (II ed.),

McGraw Hill/Boringhieri

– A.Sedra, K.Smith: Circuiti per la microelettronica,Saunders publishing/Ediz. Ingegneria 2000.

• Per tutti meglio l’edizione inglese !

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Materiale didattico - 2

• Cartelli usati nelle lezioni video– Elettronica I: ed. Pitagora– Elettronica II: ed Levrotto e Bella

• Materiale su web– copie dei lucidi, manuali e guide, simulatori

– esercizi ed esempi di esami

• La collocazione del materiale viene indicatanei tutorati.

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Contenuto di questa lezione (A1)

• Quali obiettivi ha questo corso

• Come è organizzato

• Test prerequisiti

• Perché si inizia dai sistemi

• Un esempio di sistema complesso

• Scomposizione funzionale,

• I livelli di descrizione

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Prerequisiti

• Per il modulo sono richieste conoscenze di:• elettrotecnica

– risoluzione di reti RLC con generatori pilotati– metodo simbolico

• matematica– sistemi di equazioni lineari, equazioni differenziali– serie di Fourier

• informatica– algebra di Boole

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Verifica dei prerequisiti

• E’ disponibile un test iniziale– non influisce sulla valutazione finale,– obiettivo:

» verificare il possesso dei prerequisiti,» valutare se si è in grado di seguire

proficuamente il modulo,» selezionare cosa è bene ripassare.

• la verifica e ripasso dei prerequisiti fanno partedegli homework.

D

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Test prerequisiti

• Reperibilità indicata dai poli teledidattici.

• Stampare e compilare il modulo:– domande a risposte multiple– indicare la risposta che si ritiene corretta

– chiudere la compilazione entro 20’, anche seincompleta

• Verificare le soluzioni

• Autocorrezione D

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Contenuto di questa lezione (A1)

• Quali obiettivi ha questo corso

• Come è organizzato

• Test prerequisiti

• Perché si inizia dai sistemi

• Un esempio di sistema complesso

• Scomposizione funzionale,

• I livelli di descrizione

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Sistemi elettronici e moduli

• Un sistema elettronico è fatto di moduliinterconnessi.

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Perché iniziamo dai sistemi ?

• La maggior parte dei progettisti utilizza modulie componenti costruiti da altri.

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Perché iniziamo dai sistemi ?

• Per usare un modulo serve conoscere ilcomportamento esterno, non la strutturainterna.

– Cosa fa il modulo ?» FUNZIONE

– Come parla con gli altri moduli ?» SEGNALI

– Quanta e quale energia richiede ?» ALIMENTAZIONE

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Cosa sono i “segnali” ?

• Nei sistemi elettronici l’informazione èassociata a grandezze elettriche

– tensioni– correnti– frequenza

• Queste grandezze sono i segnali

• Per trasportare informazione occorronovariazioni

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Sistema di riferimento

• Sistema di riferimento per questa lezione:

telefono cellulare– parte del sistema servizi/rete/terminali utente,

– sistema complesso (~100.000.000 transistori),

– campionario di diversi aspetti dell’elettronica,

– funzioni diversificate

– tecnologie moderne

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Oggetto dell’analisi

• Come possiamo analizzare, descrivere,capire oggetti complessi ?

• Come possiamo descrivere funzioni estrutture ?–Analisi della struttura

»come è fatto ?–Scomposizione funzionale

»cosa fa ?

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Primi passi per unadescrizione in termini distruttura:

- scomposizione in unità (fisiche) più semplici

- individuare le funzioni di ogni unità.

Struttura di oggetto IT

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Componenti, supporti, connessioni

Sono riconoscibilicomponenti elementari(resistenze,condensatori, transistori,circuiti integrati, ...),strutture di supporto e diinterconnessione(circuito stampato, cavi,connettori, …),trasduttori (altoparlante,microfono, display,antenna, …)

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Circuiti integrati

Cuore del C.I. è unapiastrina di silicio che puòospitare un gran numero dielementi attivi (transistori) -anche qualche 10M.

Continuando lascomposizione arriviamoai circuiti integrati

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Scomposizione funzionale

MODULIFUNZIONALI

SENSORItastiera,microfono,antenna,..

ATTUATORIauricolare,display,antenna,...

SISTEMA ELETTRONICO

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Schema a blocchi primo livello

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MICROP.DSP,MEM

TRASDUTTORI: AP, MK,

TASTIERA, DISPLAY

RICEVITOREDEMODULATORE

CATENA RX

CATENA TX

DEVIATOREDI ANTENNA

Schema a blocchi comprensibile

OSCILLATORIRX E TX

CONTROLLOPOTENZA

MODULATORE

A/D

D/A

ALIMENTAZIONE

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DEVIATOREDI ANTENNA

Blocco 1: deviatore di antenna

HARMONICFILTER

GSM

DCS

PCS

ANTENNASWITCH

Tx ENGSM ENDCS ENPCS EN

RCFilter

ANTENNA

TX (PA)

RX

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Deviatore di antenna: funzione

DescrizioneFUNZIONALE

Gruppo di modulicorrelati a unaspecifica funzione:

commutarel’antenna tratrasmettitori ericevitori.

HARMONICFILTER

GSM

DCS

PCS

ANTENNASWITCH

Tx ENGSM ENDCS ENPCS EN

RCFilter

ANTENNA

TX (PA)

RX

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Schema elettrico deldeviatore.

sono riconoscibilicomponentielementari (R, C,FET) e le lorointerconnessioni

ANTENNASWITCH

Deviatore di antenna: schema

V3

Rx3 Rx2

V2

Tx Rx1

V1

Ant

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Deviatore di antenna: struttura

Aspetto fisico del deviatore; all’internosono presenti resistenze,condensatori, transistori collegaticome indicato nello schema elettrico.

ANTENNASWITCH

V3

Rx3 Rx2

V2

Tx Rx1

V1

Ant

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MICROPDSP,MEM,

...

Ancora schema a blocchi

A/D

D/A

• Amplificatori, filtri

• Oscillatori

• Convertitori A/D e D/A

• Sommatori, Moltiplicatori

• Memoria, microprocessori• Digital Signal Processor• Interfaccia display, SIM

ALTR

I M

OD

ULI

TASTIERA, DISPLAY, AURICOLARE, ANTENNA, ...

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Moduli digitali - 2

• Sommatori

• Moltiplicatori

• Filtri

• Interfaccia display

• Interfaccia SIM

• CPU

• Memoria

MEMORIA

ACCUMULATORE

SOMMATORE

REGISTRO A

UNITA’ARITMETICA

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020422 - 35 SisElnTA1 - © 2002 DDC

Perché iniziamo dai sistemi ?

• Per usare un modulo serve conoscere ilcomportamento esterno, non la strutturainterna.

– Cosa fa il modulo ?» FUNZIONE

– Come parla con gli altri moduli ?» SEGNALI

– Quanta e quale energia richiede ?» ALIMENTAZIONE

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Da dove arriva l’energia ?

• Segnali (trasportano informazione)• Alimentazioni (trasportano energia)

• L’energia richiesta per il funzionamento vienedistribuita come tensione continua.

Val

GND

INFOIN

INFOOUT

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Sottosistema di alimentazione

• Il sottosistema di alimentazione è complesso:– obiettivi di progetto

» ridurre la produzione di calore» massima durata e rapida ricarica delle batterie» minimo inquinamento (batterie)

– moduli» alimentatore da rete, regolatori» distribuzione e gestione della potenza» batteria/caricatore

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Obiettivi di questa lezione (A1)

• Quali obiettivi ha questo corso

• Come è organizzato

• Test prerequisiti

• Perché si inizia dai sistemi

• Un esempio di sistema complesso

• Scomposizione funzionale,

• I livelli di descrizione

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Prerequisiti lezione A2

• Descrizione e analisi di segnali– Trasformata di Fourier– Spettro di un segnale– Segnali aleatori– Numerazione e codici binari

• Riferimenti sul testo (Jaeger):– 1.2 Classificazione dei segnali– 1.3 Notazioni– 1.4 Risoluzione di circuiti– 1.5 Spettro in frequenza dei segnali

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